一種用于x射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及X射線相位襯度成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于X射線光柵相位襯 度成像的背景扣除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對于那些由輕元素組成的物質(zhì)，硬X射線相位襯度成像技術(shù)能夠提供比傳統(tǒng)吸收 成像高達上千倍的圖像襯度和測量靈敏度，該技術(shù)因而在生物軟組織成像方面有巨大的應(yīng) 用前景（參考文件[1，2])。在目前眾多的X射線相位襯度成像技術(shù)中，基于三塊光柵的X 射線相位襯度成像技術(shù)是最有可能獲得推廣和實際運用的（參考文件[3-5])，這是因為該 方法可以利用普通的X光機進行X射線相位襯度成像，從而使X射線相位襯度成像技術(shù)擺 脫了同步輻射光源和微焦點光源的約束。
[0003] 在基于光柵干涉儀的X射線相位襯度成像技術(shù)中，為了得到純樣品的折射信息， 背景扣除是一個必不可少的步驟（參考文件[6,7])。在實際試驗中，往往是首先把樣品 移入成像視場，利用相位步進方法采集一套圖像，然后把樣品移出成像視場，采集另一套數(shù) 據(jù)，最后利用這兩套數(shù)據(jù)進行背景扣除運算。目前普遍采用的背景扣除方法主要有兩種， 第一種方法稱為Arg(S)-Arg(B)，該方法的相位測量范圍是（-2 ，2 ]，缺點是在樣品產(chǎn) 生的相位沒有超出（-n，n]范圍的時候，也很有可能會產(chǎn)生相位糾纏現(xiàn)象（參考文件[6， 7]);第二種方法稱為Arg(S/B)法（參考文件[8])，該方法的相位測量范圍是固定在區(qū)間 (-JI，ji]內(nèi)的，缺點是在樣品產(chǎn)生的相位超出（-JI，ji]范圍的時候，該方法會產(chǎn)生相位纏 繞現(xiàn)象（參考文件[7])，而解除相位纏繞現(xiàn)象需要非常復(fù)雜的算法（參考文件[9,10])。
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0015](一）要解決的技術(shù)問題
[0016] 本發(fā)明指在提出一種新的背景扣除方法，用于X射線光柵相位襯度成像中，一方 面消除樣品引起相位沒有超出（-n，n]時候產(chǎn)生的相位糾纏現(xiàn)象；另一方面調(diào)節(jié)測量相 位的范圍，如調(diào)節(jié)測量范圍到（-H+3, +3]，從而可以適應(yīng)于不同的應(yīng)用環(huán)境。
[0017](二）技術(shù)方案
[0018] 本發(fā)明提出一種用于X射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法，應(yīng)用于X射線相 位襯度成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X光機（1)、源光柵（2)、分束光柵（3)、樣品室（4)、分析光柵 (5)和X射線探測器（6)。
[0019] 所述方法包括如下步驟：
[0020] S1、在垂直于光路的橫向平面上，沿垂直于分析光柵柵條的方向上使分析光柵在 一個光柵周期內(nèi)逐步移動，在原始位置和每步移動后的位置均分別采集樣品圖像和背景圖 像，得到的樣品圖像記為I，得到的背景圖像記為Bpj表示圖像序號并有j= 0, 1，……， M-1 ；
[0021]S2、利用如下公式計算所述樣品圖像和背景圖像的折射角矩陣〇 :
【主權(quán)項】
1. 一種用于X射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法，應(yīng)用于X射線相位襯度成像系 統(tǒng)，該系統(tǒng)包括X光機（1)、源光柵（2)、分束光柵（3)、樣品室（4)、分析光柵（5)和X射線 探測器（6)，其特征在于，包括如下步驟： 51、 在垂直于光路的橫向平面上，沿垂直于分析光柵柵條的方向上使分析光柵在一個 光柵周期內(nèi)逐步移動，在原始位置和每步移動后的位置均分別采集樣品圖像和背景圖像， 得到的樣品圖像記為S j,得到的背景圖像記為Bj, j表示圖像序號并有j =0，1，……，M-1 ; 52、 利用如下公式計算所述樣品圖像和背景圖像的折射角矩陣Φ :
其中（x，y)是所述樣品圖像或背景圖像的像素坐標，P(x,y)是折射角矩陣Φ的元素， 表示像素坐標（X，y)處的折射角，ζτ是樣品和分析光柵之間的距離，k是整數(shù)，I k(x，y)代 表所述像素坐標（x，y)處圖像的灰度值，簡寫為Ik，arg□表示對□中的復(fù)數(shù)求復(fù)角運算， 其中： 當Ici, I1，…，Ish分別為樣品圖像S ^ S1，…，Ssh的像素的灰度值時，得到樣品圖像的 折射角矩陣，其內(nèi)部元素為(X,y)，當I。，I1，…，Ish分別為背景圖像B。，B 1,…，Bsh 的像素的灰度值時，得到背景圖像的折射角矩陣，其內(nèi)部元素為(X,y); 當Itl, I1，…，Ish分別為樣品圖像Ssh, Stl, S1，…，SM_2的像素的灰度值時，得到樣品 圖像的折射角矩陣，其內(nèi)部元素為<(x，y)，當I。，I1，…，1"4分別為背景圖像Bh, B。， B1，…，bm_2的像素的灰度值時，得到背景圖像的折射角矩陣0?'，其內(nèi)部元素為<^ 2s(x,y); 當I。，I1，…，Ish分別為樣品圖像S1, S2，…，Ssh, Stl的像素的灰度值時，得到樣品圖像 的折射角矩陣〇^，其內(nèi)部元素為<?^(\丫），當1。，11，?，111分別為背景圖像8 1，82，···， BM_i，Btl的像素的灰度值時，得到背景圖像的折射角矩陣Φ6，其內(nèi)部元素為<(x,y); 53、 對于背影圖像的折射角矩陣中像素坐標（1，1)的各元素 (U), < (1,丨）,…,d 1)，比較其絕對值的大小，取其中絕對值最小的元素的 r/f (U)，從而確定其對應(yīng)的樣品圖像的折射角矩陣中的元素^^(I,])，i為自然數(shù)且不大 于M，通過公式代(；<(1,丨）計算得到扣除背景后的樣品圖像的像素坐標（1，1)處的 折射角扔（U); 54、 對背景圖像和樣品圖像中的每一個像素（X，y)，重復(fù)步驟S3,從而得到樣品的折射 角矩陣〇^的每一個元素奶（X,y)。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于X射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法，其特征在于，所 述步驟Sl中，每次移動分析光柵的距離均為d/M，d是所述分析光柵的周期，M是上述過程 中總共采集圖像的數(shù)量。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于X射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法，其特征在于，M 大于或等于3。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于X射線光柵相位襯度成像的背景扣除方法，成像系統(tǒng)包括X光機(1)、源光柵(2)、分束光柵(3)、樣品室(4)、分析光柵(5)和X射線探測器(6)。本發(fā)明利用相位步進法采集到的圖像，通過循環(huán)移動樣品圖像和背景圖像的順序，而使各像素的初始相位遠離相位跳變區(qū)，從而可以使樣品產(chǎn)生的相位沒有跨過跳變區(qū)，進而可以避免相位糾纏現(xiàn)象的發(fā)生。同時基于本發(fā)明專利的背景扣除方法可以靈活調(diào)節(jié)相位測量的范圍，如調(diào)節(jié)為(-π+3，π+3]，而傳統(tǒng)方法的相位測量范圍是固定在(-π，π]區(qū)間內(nèi)的，本發(fā)明專利因此可以在某些應(yīng)用情況下獲得優(yōu)勢。
【IPC分類】G06T7-00, G06F19-00, G01N23-04
【公開號】CN104535595
【申請?zhí)枴緾N201510012249
【發(fā)明人】王圣浩, 吳自玉, 張燦, 楊萌, 韓華杰, 高昆, 王志立
【申請人】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月9日